[发明专利]一种适用于柔性直流输电系统的单端故障测距方法

说明书

本发明涉及一种适用于柔性直流输电系统的单端故障测距方法，包括：输电系统检测到发生单极接地故障时，双端换流器快速闭锁，一侧断路器在故障发生后优先跳闸；等待故障暂态过程结束，在稳态采集数据进行故障测距：定义虚拟线路阻抗，综合利用电压和电流中的直流和3k次谐波分量，在频域下计算他们的沿线分布，而后在时域下获取一组沿线各距离在不同时刻下的电压、电流构成的数据组，求取虚拟线路阻抗，根据虚拟线路阻抗仅在故障点处波动最小的特点，利用方差思想建立故障测距函数；通过对所有测距结果进行数值比较，取其最小者为最终故障距离；计算故障距离，另一侧断路器跳闸实现故障清除。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种柔性直流输电系统的故障测距方法。

背景技术

柔性直流输电技术由于其在灵活控制、电能质量和输电损耗等方面的突出优势，更加有利于西部地区新能源规模化开发与远距离外送。架空线路输电已成为柔性直流输电技术的主要发展方向，但受限于瞬时性直流故障频发等工程问题。准确可靠的故障测距是支撑新能源跨区输送的关键技术，在MMC-HVDC直流输电线路发生故障后，快速定位故障点并清除故障，对于提高系统运行的经济性和可靠性具有重要意义

目前，国内外针对MMC-HVDC输电系统故障测距的研究相对较少，可借鉴传统直流输电系统和VSC-HVDC输电系统的测距方法。直流输电系统的故障测距方法主要分为行波法和故障分析法两类。高压直流输电在工程上大多采用行波法进行故障测距，但这类方法对设备的采样频率要求高达1MHz，且存在行波波头识别较为困难、抗干扰性差等技术问题，测距精度易受影响。非行波故障测距方法除个别采用R-L模型外，其余均采用贝瑞隆分布参数模型，没有考虑线路的频变特性，因此只有在线路特征阻抗远小于波阻抗时才具有较高精度，且存在线路参数固定、采样率低导致测距精度低等缺陷。

在高压长线直流输电系统中，线路模型的精确性直接影响故障测距方法的精度，而在实际工程中线路参数往往是频变的，所以在采用频变参数模型的仿真环境中，上述方法均出现了较大的误差。因此，提出适用于频变参数模型的故障测距原理是非常具有工程实际意义的，是柔性直流输电系统发展与推广的迫切需求。

发明内容

该发明针对双端柔性直流输电系统，设计一种单端故障测距方法，相较传统的单端故障测距方法，该方法基于频变参数模型，可以有效降低采样频率并提高测距精度。本发明能够在系统不同位置发生单极接地故障时保证测距的精确性，相较于其他测距方法，该测距方法在低采样频率、大过渡电阻情景下仍能可靠动作。本发明的技术方案如下：

一种适用于柔性直流输电系统的单端故障测距方法，包括如下步骤：

(1)输电系统检测到发生单极接地故障时，双端换流器快速闭锁，一侧断路器在故障发生后优先跳闸；

(2)等待故障暂态过程结束，在稳态采集数据进行故障测距：定义虚拟线路阻抗Z：

式中：U_dc(x,t)和I_dc(x,t)为距离直流电源侧母线x处在不同时刻下的故障电压电流的直流分量，u₃(x,t)和i₃(x,t)为距离直流电源侧母线x处在不同时刻下的3次谐波分量故障电压和故障电流，u_3k(x,t)、i_3k(x,t)分别为距离直流电源侧母线x处在不同时刻下的第3k次谐波分量故障电压和故障电流，其中k＝1、2、3…；

综合利用电压和电流中的直流和3k次谐波分量，在频域下计算他们的沿线分布，而后在时域下获取一组沿线各距离在不同时刻下的电压、电流构成的数据组，求取虚拟线路阻抗，根据虚拟线路阻抗仅在故障点处波动最小的特点，利用方差思想建立故障测距函数：